Scopri Perché il Colesterolo è Fondamentale nella Membrana Cellulare!

Il colesterolo è una molecola essenziale per la vita, appartenente alla famiglia dei grassi denominati steroli. Oggi, la misurazione del colesterolo avviene attraverso la valutazione standard eseguita tramite analisi del sangue, ma si esamina il colesterolo plasmatico, ovvero quello circolante che si lega alle lipoproteine (HDL e LDL). La valutazione completa del colesterolo anche “dentro” la membrana è necessaria, ma non è ancora disponibile.

Ruolo strutturale del colesterolo

Il colesterolo rappresenta una componente essenziale delle membrane cellulari eucarioti animali. Il colesterolo, inserito nel doppio strato fosfolipidico (membrana cellulare), è indispensabile per creare un distanziamento tra i fosfolipidi in grado di dare la stabilizzazione sia nella fase fluida che nella fase gel. Queste due fasi contraddistinguono la membrana cellulare, perché essa colloca canali e recettori che lavorano o nella fase gel o nella fase fluida.

Essendo una molecola lipofila, il colesterolo ha la capacità di interfacciarsi con le catene degli acidi grassi e così contribuisce a regolare l’organizzazione, la dinamica e l’oligomerizzazione di recettori fondamentali, come ad esempio GPCR (G-protein coupled receptor). Si è anche notata la correlazione della composizione in acidi grassi del globulo rosso maturo al conseguente livello di colesterolo nell’individuo. Il globulo rosso maturo può darci importanti informazioni su questi acidi grassi per spiegarci la ragione dell’assetto di membrana che si riflette nel livello di colesterolo prodotto dall’organismo.

Colesterolo e acidi grassi: un equilibrio delicato

La rigidità della membrana è in una certa misura data dalla presenza di acidi grassi nei fosfolipidi che la costituiscono. I grassi saturi hanno infatti una struttura lineare e permettono uno stretto impacchettamento dei componenti della membrana. Tuttavia, i fosfolipidi necessitano anche della presenza di acidi grassi insaturi che, con la loro struttura ripiegata, non rendono possibile raggiungere la rigidità necessaria. È necessario che sia presente una molecola differente che permetta di organizzare al meglio la membrana.

In particolare l’aumento del colesterolo, in dipendenza anche del fenotipo dei pazienti, si verifica sia nel caso di eccesso di grassi saturi, sia nel caso di un eccesso di grassi polinsaturi (omega-6 come nell’infiammazione ed omega-3 in caso di eccessiva assunzione di questi grassi) con aumento sia di HDL che LDL. Effetto di abbassamento del livello totale di colesterolo libero e trigliceridi nel plasma è anche presente ma è anche molto discusso.

Il colesterolo delle cellule animali è quindi essenziale per la corretta organizzazione della membrana cellulare, ne determina la permeabilità e soprattutto permette la formazione di “zattere” lipidiche che costituiscono l’impalcatura sulla quale si organizzano tutta una serie di proteine che hanno funzione di segnalazione e che controllano specifici processi all’interno della cellula, processi che comportano l’attivazione di particolari geni essenziali per lo sviluppo e la corretta funzionalità della cellula e dell’intero organismo.

Sono note diverse sindromi malformative dovute a difetti nelle vie di sintesi del colesterolo, con manifestazioni che comportano ritardo mentale e anomalie della crescita, che nei casi più gravi possono essere letali, a testimonianza del ruolo essenziale che il colesterolo riveste nel corretto sviluppo dell’organismo.

Visto il ruolo critico del colesterolo nello sviluppo della cellula non sorprende che il nostro organismo sia in grado di sintetizzare in maniera autonoma la preziosa molecola. Il processo di sintesi parte da una molecola chiave del metabolismo, l’acetil CoA, con diverse unità che sono condensate per azione di specifici enzimi, con formazione successiva di intermedi importanti come il mevalonato, lo squalene, il lanosterolo, per arrivare infine al colesterolo.

La quantità prodotta ogni giorno è di circa 1-2 grammi ed è strettamente controllata a livello di alcune reazioni chiave che sono estremamente sensibili ai livelli di colesterolo presente, tanto che un’assunzione elevata di colesterolo con la dieta tende a ridurre la produzione autonoma. Sono molto complessi anche i meccanismi che regolano l’assorbimento a livello intestinale del colesterolo contenuto negli alimenti, in un gioco di equilibri che, in condizioni normali, fa sì che la quantità di colesterolo sintetizzato sommata alla quantità di quello assorbito dal cibo consumato sia pari a quella del colesterolo eliminato con la bile, circa 0,8-1,4 grammi al giorno.

Un altro importante fattore che controlla la sintesi del colesterolo è lo stato energetico della cellula: se la cellula dispone di quantità limitate di ATP la produzione di colesterolo risulterà rallentata. Il colesterolo che proviene dagli alimenti contribuisce in maniera modesta al contenuto complessivo di colesterolo dell’organismo.

Il colesterolo come precursore di altre molecole

La struttura del colesterolo lo ha reso il precursore ideale per tutta una serie di composti dalle importanti attività biologiche. Nel fegato un complicato processo che coinvolge oltre 14 enzimi utilizza il colesterolo come base per la sintesi degli acidi biliari, composti che riversati nell’intestino, in forma di sali biliari, rendono possibile l’assorbimento dei grassi e delle vitamine liposolubili - A, D E e K - presenti nel cibo. Purtroppo possono anche precipitare formando aggregati solidi che accumulandosi nella cistifellea possono portare a colecistite acuta, una infiammazione che spesso è accompagnata da infezioni batteriche, condizione molto pericolosa che richiede un immediato intervento medico.

Il colesterolo è anche il precursore dei vari ormoni steroidei, sia quelli prodotti dal surrene, aldosterone e cortisolo, sia quelli prodotti dalle gonadi, testosterone, estradiolo, progesterone. Sintesi, azione e metabolismo di questi ormoni sono processi estremamente complessi e, nel caso del cortisolo e degli ormoni sessuali, oltre che controllare specifici processi fisiologici, possono influenzare in maniera rilevante il comportamento del soggetto e la risposta agli stimoli ambientali. Non sorprende che si tratti quindi di processi finemente regolati, in cui giocano un ruolo importante un gran numero di fattori interni e d esterni, non ultima la disponibilità del colesterolo necessario per la sintesi di queste sostanze.

La natura odia gli sprechi e tende a fare economia su tutto. Così il 7-deidrocolesterolo, un precursore del colesterolo, a livello della pelle viene convertito in vitamina D3 - colecalciferolo - per azione della luce solare. A sua volta il colecalciferolo viene convertito nella forma attiva della vitamina D, 1,25-(OH)2D3 o calcitriolo, che grazie alla sua struttura è in grado di legarsi a un recettore del nucleo e partecipare così alla regolazione del metabolismo del calcio e a molti altri processi fisiologici.

Colesterolo: non solo "cattivo"

Abbiamo visto che il colesterolo è una molecola essenziale, che in maniera diretta o indiretta partecipa a un gran numero di importanti processi metabolici. La struttura di questa molecola è il frutto di un processo evolutivo lunghissimo durato miliardi di anni, un risultato eccezionale che ha reso il colesterolo una sostanza chiave in processi critici, assolutamente necessari per la sopravvivenza e la riproduzione dell’organismo.

Le pressioni che hanno guidato questo processo evolutivo sono quelle legate alla scarsa disponibilità di cibo e alla intensa attività fisica necessaria per procurarselo. Situazioni molto diverse da quelle in cui viviamo oggi, caratterizzate da elevata disponibilità di cibo, spesso molto superiore agli effettivi bisogni, e sedentarietà diffusa. In queste condizioni il nostro organismo può avere difficoltà a mantenere una normale concentrazione di colesterolo, con un aumento dei valori ben oltre i limiti di guardia che, se protratto negli anni rappresenta un importante fattore di rischio per patologie cardiovascolari.

Il colesterolo non è certo il cattivo della storia, anzi è essenziale per un buon funzionamento del nostro organismo. Il colesterolo, appartenente alla famiglia dei lipidi o grassi, è un componente essenziale della membrana cellulare, presente nel sangue e nei tessuti ed è indispensabile per la costruzione di cellule sane. Tuttavia, quando i livelli circolanti sono elevati, costituisce uno dei maggiori fattori di rischio per le malattie cardiache.

Colesterolo e lipoproteine: HDL e LDL

Il colesterolo presente nel sangue viene trasportato attraverso strutture molecolari denominate lipoproteine. Si distinguono principalmente due tipi di lipoproteine:

Le lipoproteine a bassa densità o LDL (Low Density Lipoprotein, comunemente chiamate colesterolo “cattivo”), che trasportano l’eccesso di colesterolo dal fegato alle arterie, contribuendo alla formazione di aterosclerosi.
Le lipoproteine ad alta densità o HDL (High Density Lipoprotein, note come colesterolo “buono”), che favoriscono la rimozione del colesterolo dal sangue e la sua eliminazione attraverso i sali biliari, offrendo una protezione per cuore e vasi.

Pertanto per essere trasportato nel flusso sanguigno, il colesterolo si avvale si alcune lipoproteine: le VLDL (verylowdensitylipoproteins), le LDL (lowdensitylipoproteins) e le HDL (high densitylipoproteins), che hanno differenti funzioni. In particolare le lipoproteine a bassa densità LDL hanno l’importante compito di trasportare il colesterolo nelle cellule però, se in esubero, tendono a depositarsi sulla superficie interna delle arterie e vengono, infatti, chiamate colesterolo cattivo,mentre le lipoproteine ad alta densità HDL hanno il compito di ripulire i vasi sanguigni trasportando il colesterolo nuovamente nel fegato, che può o recuperare il colesterolo in eccesso oppure eliminarlo attraverso la bile.

Perciò, a differenza di ciò che si pensava fino a pochi anni fa, quello che conta per valutare il rischio vascolare di un soggetto non è tanto il colesterolo totale quanto il valore delle LDL e il rapporto fra il colesterolo totale e le HDL (detto indice di rischio cardiovascolare).

Come tenere sotto controllo il colesterolo

Per tenere entro i giusti livelli il colesterolo è importante seguire uno stile di vita sano, che comprenda un regime alimentare corretto, completo e bilanciato, la pratica regolare di attività fisica e che escluda il fumo. In particolare la dieta per far diminuire il colesterolo alto deve essere povera di cibi di origine animale come carne, insaccati e formaggi, e di acidi grassi trans, che derivano da alimenti sottoposti a processi industriali. Deve, invece, essere ricca di fibre, sostanze antiossidanti (come frutta e verdura) e di grassi polinsaturi.

Un ulteriore aiuto per diminuire il colesterolo cattivo può essere dato da alcuni efficaci rimedi naturali, assumibili sia singolarmente sia nella formulazione di specifici integratori:

Riso rosso fermentato
Aglio
Garcinia
Chitosano
Fitosteroli
Semi di lino
Omega 3 e omega 6
Semi di chia

L’attività fisica regolare svolge un ruolo essenziale nel controllo del colesterolo e nella prevenzione delle malattie cardiovascolari. Particolarmente significativo è il ruolo dell’attività fisica nel gestire il sovrappeso e l’obesità, elementi che collegano gli altri fattori di rischio. Questa pratica sportiva si rivela estremamente utile nel ridurre i livelli di colesterolo e prevenire problemi cardiovascolari, grazie alle sue caratteristiche ideali per favorire la prevenzione e svolgere un ruolo significativo nel controllo metabolico e lipidico.

Il nuoto, insieme agli sport aerobici in generale, è particolarmente efficace nell’aumentare i livelli di colesterolo HDL, definito “buono”. Ciò contribuisce al miglioramento del rapporto tra la concentrazione di LDL e quella di HDL, costituendo un fattore protettivo dal punto di vista cardiovascolare.

Altri fattori che influenzano l'equilibrio del colesterolo

Tuttavia, compromettono questo equilibrio molti altri fattori:

Dietetici - soprattutto l'apporto di grassi saturi, idrogenati e trans
Metabolici - ad esempio, un cattivo metabolismo glucidico e la presenza di diabete mellito tipo 2
Di composizione corporea - entità della massa magra e di quella grassa
Comportamentali - sedentarietà, pratica sportiva ecc.

La lipidomica è uno degli strumenti più importanti per razionalizzare l’eccesso di colesterolo e renderlo anche visibile all’individuo ovvero spiegargli quali sono le abitudini alimentari che possono incidere nell’innalzamento. Nel controllo del colesterolo l’alimentazione e lo stile di vita hanno un ruolo chiave. Un’attenzione alle abitudini quotidiane deve tenere conto che a livello intestinale, la produzione di colesterolo serve a creare le prime particelle lipidiche (chilomicroni), quindi svolge una funzione fisiologica. In presenza di ipercolesterolemia, una quota di colesterolo da ridurre può essere proprio a livello intestinale (tramite l’azione sequestrante di beta glucani e steroli vegetali). L’abitudine di consumare i cibi contenenti steroli o beta-glucani deve essere instaurata. In contemporanea una buona misura è quella dell’utilizzo di antiossidanti naturali, che servono a proteggere il colesterolo da ossidazioni, poiché il vero problema è il colesterolo ossidato.

Colesterolo e membrane cellulari: un focus

Le membrane cellulari contengono una varietà di molecole biologiche, in particolare lipidi e proteine. La composizione non è fissa, ma cambia costantemente per fluidità e cambiamenti ambientali, anche più volte durante le diverse fasi di sviluppo cellulare. La fusione delle vescicole intracellulari con la membrana (esocitosi) non solo espelle il contenuto della vescicola ma incorpora anche i componenti della membrana della vescicola nella membrana cellulare.

I glicolipidi rappresentano solo una piccola quantità di circa il 2% e gli steroli costituiscono il resto. Negli studi sui globuli rossi, il 30% della membrana plasmatica è lipidica. Le catene idrocarburiche nei fosfolipidi e nei glicolipidi contengono solitamente un numero pari di atomi di carbonio, tipicamente tra 16 e 20. Gli acidi grassi con 16 e 18 atomi di carbonio sono i più comuni. Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi, con la configurazione dei doppi legami quasi sempre "cis".

La lunghezza e il grado di insaturazione delle catene di acidi grassi hanno un profondo effetto sulla fluidità della membrana, poiché i lipidi insaturi evitano di agglomerarsi, diminuendo così la temperatura di fusione (aumentando la fluidità) della membrana. L'intera membrana è tenuta insieme tramite l'interazione non covalente delle code idrofobiche; tuttavia la struttura è piuttosto fluida e non fissata rigidamente in posizione. In condizioni fisiologiche, le molecole di fosfolipidi nella membrana cellulare si trovano allo stato liquido.

Ciò significa che le molecole lipidiche sono libere di diffondersi e mostrano una rapida diffusione laterale lungo lo strato in cui sono presenti. Tuttavia, lo scambio di molecole di fosfolipidi tra i lembi intracellulari ed extracellulari del doppio strato è un processo molto lento.

Le zattere lipidiche e le caveole sono esempi di microdomini arricchiti di colesterolo nella membrana cellulare. Il colesterolo si trova normalmente disperso in varia misura nelle membrane cellulari, negli spazi irregolari tra le code idrofobiche dei lipidi di membrana, dove conferisce un effetto irrigidente e rinforzante sulla membrana. Inoltre, la quantità di colesterolo nelle membrane biologiche varia a seconda degli organismi, dei tipi di cellule e persino delle singole cellule.

Il colesterolo, uno dei componenti principali delle membrane plasmatiche, regola la fluidità dell'intera membrana, il che significa che il colesterolo controlla la quantità di movimento dei vari componenti della membrana cellulare in base alle sue concentrazioni. Alle alte temperature, il colesterolo inibisce il movimento delle catene di acidi grassi fosfolipidici, causando una ridotta permeabilità alle piccole molecole e una ridotta fluidità della membrana. È vero il contrario per il ruolo del colesterolo nelle temperature più fredde.

La produzione di colesterolo, e quindi la sua concentrazione, viene sovraregolata (aumentata) in risposta alla temperatura fredda. A temperature fredde, il colesterolo interferisce con le interazioni della catena degli acidi grassi. Agendo come antigelo, il colesterolo mantiene la fluidità della membrana. Il colesterolo è più abbondante negli animali che vivono in climi freddi rispetto a quelli che vivono in climi caldi.